CN117210212A - 一种试油完井液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种试油完井液及其制备方法和应用，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水30～60份，加重材料90～100份，表面改性剂5～10份，稳定剂5～8份，表面电荷和空间位阻调节剂8～10份，分散剂8～10份。本发明提供的试油完井液在200℃下静置15天后仍具有良好的流变性和沉降稳定性；并且该试油完井液与钻井液、水泥、柴油或酸液的配伍性良好。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气勘探开发技术领域，涉及一种试油完井液及其制备方法和应用，特别涉及一种长效稳定高密度水基试油完井液及其制备方法和应用。
背景技术
随着石油天然气勘探开发向深井超深井、非常规页岩油气藏发展，井深高达6000米以上，井下温度高、压力系数大。目前，深井试油完井液基本上是由钻井液直接转化而来，由于高温高压深井试油工序复杂、试油周期长，高密度的钻完井液在长时间高温试油过程中容易发生体系性能恶化、处理剂失效、加重材料沉降，造成试油管柱堵塞、封隔器无法坐封/解封、开泵困难等复杂情况，并且堵塞油气渗流通道、造成储层污染而影响产量，严重影响试油完井提速增效。
目前使用的无固相完井液密度较低，不能满足深井压力系数较高的要求；试油完井液与钻井液、水泥、柴油、酸液接触后容易形成絮凝、沉淀、胶结物等，配伍性差，堵塞油气层，井筒工作液返排时堵塞地面管线。关于试油完井液也有专利文献报道。例如，CN110028938A提供了一种超高温高密度试油完井液及其制备方法，该试油完井液由水、分散剂、稳定剂、盐、高温保护剂、高温流型调节剂、加重剂组成，密度为1.5-2.4g/cm3，与油基钻井液有良好的配伍性，但是没有说明与水泥、柴油、酸液的配伍性如何，且所用的重晶石D50分布在0.1-0.8μm，属于超微重晶石，价格昂贵，不利于推广应用。CN107033863A提供了一种无固相无污染低伤害高密度完井液及其制备方法，该完井液包括氢氧化钾、磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、甲酸钾、焦磷酸钾、甲酸铯、增粘剂、降滤失剂和水，密度为1.7～1.9g/cm3，但是密度较低，不能满足超深井钻探中对试油完井液密度的要求，且甲酸钾、甲酸铯费用昂贵，不利于推广应用。CN108913109A提供了一种长效稳定型水基完井液，其组分包括膨润土、抗高温增粘剂、NaOH、抗高温降滤失剂、抗高温稳定剂、高温封堵材料、抗高温润滑剂、水及重晶石，密度为1.8～2.4g/cm3，具有一定的耐高温长效沉降稳定性，但是组分中的抗高温增粘剂为聚阴离子纤维素，一般在150℃下其粘度只能维持48小时(见中国石化出版社《钻井液处理剂实用手册》第72页，2016年12月)，此外组分中没有对高温静态沉降稳定性非常重要的分散剂，因此该水基完井液在200℃下稳定30天很难实现。
现有常规试油完井液存在以下的缺点：(1)密度低，无固相试油完井液的密度在1.7～1.9g/cm3，不能满足深井超深井对完井液密度的要求；(2)原材料价格昂贵，不利于推广应用。
因此，在本领域中亟需开发一种价格低廉、长效稳定高密度水基试油完井液。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种试油完井液及其制备方法和应用，特别提供一种长效稳定高密度水基试油完井液及其制备方法和应用。该试油完井液在高温下具有良好的流变性和沉降稳定性，并且与钻井液、水泥、柴油、酸液的配伍性好，可以应用于深井超深井试油完井作业中。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种试油完井液，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水30～60份，加重材料90～100份，表面改性剂5～10份，稳定剂5～8份，表面电荷和空间位阻调节剂8～10份，分散剂8～10份。
本发明中各组分的功能如下：表面电荷和空间位阻调节剂通过提高加重材料颗粒表面电位绝对值产生较强的静电排斥作用，同时可诱发很强的空间排斥效应。分散剂能防止加重材料颗粒在水中沉降和团聚。表面改性剂可以将加重材料和分散剂结合在一起。稳定剂提高了液固界面处的润湿性，改善液相和固相间的相容性，使颗粒稳定地分散并悬浮在水中，不发生凝聚，从而提高试油完井液的稳定性。本发明通过上述组分的协同作用，使得提供的试油完井液在200℃下静置15天后仍具有良好的流变性和沉降稳定性，并且该试油完井液被钻井液、水泥、柴油或酸液(例如土酸)污染后仍具有良好的流变性和沉降稳定性，与钻井液、水泥、柴油或酸液的配伍性良好。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，水的用量可以为30份、33份、35份、38份、40份、43份、45份、48份、50份、53份、55份、58份或60份等。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，加重材料的用量可以为90份、91份、92份、93份、94份、95份、96份、97份、98份、99份或100份等。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，表面改性剂的用量可以为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，稳定剂的用量可以为5份、6份、7份或8份等。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，表面电荷和空间位阻调节剂的用量可以为8份、9份或10份等。
在本发明中，以重量份数计，试油完井液的组分中，分散剂的用量可以为8份、9份或10份等。
优选地，所述试油完井液的密度为1.7-2.4g/cm3，例如1.7g/cm3、1.8g/cm3、1.9g/cm3、2.0g/cm3、2.1g/cm3、2.2g/cm3、2.3g/cm3或2.4g/cm3等。本发明提供的试油完井液的密度范围广，可以满足超深井钻探对试油完井液密度的要求。
优选地，所述加重材料包括铁矿粉、重晶石或锰矿粉中的任意一种或至少两种的组合物。当采用上述物质中的两种作为加重材料时，其以任意质量比例混合。
优选地，所述表面改性剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的任意一种或至少两种的组合。本发明的表面改性剂采用的是偶联剂，是一种两性结构物质，分子中的一部分具有亲水性的极性基团可与加重材料表面的官能团形成化学键，另一部分具有疏水性的基团可与有机分子分散剂发生化学反应或缠绕，从而可以将加重材料和有机分子分散剂结合在一起。
优选地，所述稳定剂包括多元醇。
优选地，所述稳定剂包括乙二醇、丙三醇或甘露醇中的任意一种或至少两种的组合，优选乙二醇和丙三醇的组合(二者可以任意质量比例混合)。
优选地，所述表面电荷和空间位阻调节剂包括硫酸铝、硫酸镁或硫酸锌中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述分散剂为有机分子分散剂，包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵盐或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的试油完井液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的水、加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂混合，得到混合液，对混合液进行研磨，得到所述试油完井液。
本发明提供的试油完井液的制备方法简易，原材料来源广、价格低廉。
优选地，所述将配方量的水、加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂混合，具体包括以下步骤：在搅拌状态下，向水中依次加入加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂进行混合。
优选地，所述搅拌的速度为70-100转/分钟，例如70转/分钟、80转/分钟、90转/分钟或100转/分钟等。
优选地，所述研磨在常温下进行。
优选地，所述研磨为研磨至加重材料的D50为1.0-1.5微米，例如1.0微米、1.1微米、1.2微米、1.3微米、1.4微米或1.5微米等。可以采用马尔文2000或同类产品的激光粒度仪来测量粒径。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的试油完井液在钻井、完井及试油工作液中的应用。
优选地，所述试油完井液应用在井下温度为200℃以上的试油完井作业中。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的试油完井液密度范围广，可以满足超深井钻探对试油完井液密度的要求；
(2)本发明提供的试油完井液在200℃下静置15天以上仍具有良好的流变性和沉降稳定性；
(3)本发明提供的试油完井液被钻井液、水泥、柴油或酸液(例如土酸)污染后仍具有良好的流变性和沉降稳定性，与钻井液、水泥、柴油或酸液的配伍性良好；
(4)本发明提供的试油完井液的制备方法简易，原材料来源广、价格低廉。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
在本实施例中提供一种试油完井液，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水30份，加重材料100份，表面改性剂10份，稳定剂8份，表面电荷和空间位阻调节剂10份，分散剂10份。
其中，加重材料为重晶石；表面改性剂为硅烷偶联剂KH550(5份)和钛酸酯偶联剂201的组合(5份)；稳定剂为乙二醇(4份)和丙三醇(4份)的组合；表面电荷和空间位阻调节剂为硫酸镁；分散剂为聚丙烯酸钠(分子量为5000，5份)和十二烷基苯磺酸钠(5份)的组合；试油完井液的密度为2.4g/cm3。
制备方法包括以下步骤：
在搅拌速度为80转/分钟的搅拌状态下，向水中依次加入加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂进行混合，得到混合液，在常温下对混合液进行研磨，研磨至加重材料的D50为1.0微米，得到所述试油完井液。
实施例2
在本实施例中提供一种试油完井液，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水40份，加重材料96份，表面改性剂8份，稳定剂7份，表面电荷和空间位阻调节剂9份，分散剂9份。
其中，加重材料为重晶石；表面改性剂为硅烷偶联剂KH550(4份)和钛酸酯偶联剂201(4份)的组合；稳定剂为乙二醇(4份)和丙三醇(3份)的组合；表面电荷和空间位阻调节剂为硫酸铝(5份)和硫酸镁(4份)的组合；分散剂为聚丙烯酸钠(分子量为5000，5份)和十二烷基苯磺酸钠(4份)的组合；试油完井液的密度为2.1g/cm3。
制备方法包括以下步骤：
在搅拌速度为70转/分钟的搅拌状态下，向水中依次加入加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂进行混合，得到混合液，在常温下对混合液进行研磨，研磨至加重材料的D50为1.2微米，得到所述试油完井液。
实施例3
在本实施例中提供一种试油完井液，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水60份，加重材料90份，表面改性剂5份，稳定剂5份，表面电荷和空间位阻调节剂8份，分散剂8份。
其中，加重材料为重晶石；表面改性剂为硅烷偶联剂KH550(3份)和钛酸酯偶联剂201(2份)的组合；稳定剂为乙二醇(3份)和丙三醇(2份)的组合；表面电荷和空间位阻调节剂为硫酸铝(4份)和硫酸镁(4份)的组合；分散剂为聚丙烯酰胺(分子量为10000，4份)和十二烷基苯磺酸钠(4份)的组合；试油完井液的密度为1.7g/cm3。
制备方法包括以下步骤：
在搅拌速度为100转/分钟的搅拌状态下，向水中依次加入加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂进行混合，得到混合液，在常温下对混合液进行研磨，研磨至加重材料的D50为1.5微米，得到所述试油完井液。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处仅在于，试油完井液中的组分不包括表面电荷和空间位阻调节剂。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将表面电荷和空间位阻调节剂替换为等量的三乙醇胺。
对本发明提供的试油完井液的流变性和沉降稳定性进行评价，评价实验流程如下：
(1)将本发明样品在高速搅拌机上于5000rpm转速下搅拌5min，取下，如有泡，用玻璃棒轻搅或加入1-2滴消泡剂消泡，然后检测其密度，在常温条件下按照GB/T 16783.1-2006《水基钻井液现场测试程序》检测其流变性能；
(2)将上述样品400mL分别装入4个高温老化罐中，放入恒温干燥箱中(直立放置)，在200℃下进行静置老化；
(3)在老化5、7、10、15天分别取出一个老化罐，直立放置于水槽中用水进行冷却，当冷却到室温后，打开老化罐，将老化罐放置在针入式沉实程度测定仪的样品台面上，选取老化罐液面4个点位测定沉实度，记录下降过程中的最大反作用力，计算出4个点的平均值作为沉实度实验结果，以此来表征试油完井液的沉降稳定性。然后将样品搅匀后全部倒入高搅杯中，在高速搅拌机上于5000rpm转速下搅拌5min，取下，如有泡，用玻璃棒轻搅或加入1-2滴消泡剂消泡，在常温条件下按照GB/T 16783.1-2006《水基钻井液现场测试程序》检测其流变性能。
本发明实施例1-3提供的试油完井液的流变性和沉降稳定性测试结果分别如表1-表3所示。
表1
表2
表3
从表1-表3可以看出，本发明实施例1-3提供的试油完井液在200℃下静置老化15天内，随着高温老化时间的增加，表观粘度、塑性粘度、动切力和初切力变化幅度不大，终切力在完井液刚配制时较大，静置老化5天后下降并维持稳定；沉实度小于2N，高温下基本不沉降，说明本发明提供的试油完井液在200℃下长时间井下作业时依然具有良好的流变性和沉降稳定性，能够满足高温深井的试油作业。
参照前文对本发明对比例1-2提供的试油完井液进行沉降稳定性测试，测试结果如表4所示：
表4
由表4可以看出，对比例1不加表面电荷和空间位阻调节剂，在200℃静置老化15天后的沉实度是实施例1的2.98倍，其沉降稳定性明显变差，不能满足现场试油作业需求；对比例2使用三乙醇胺作为表面电荷和空间位阻调节剂，在200℃静置老化15天后的沉实度是实施例1的1.46倍，沉降稳定性也变差。
为了考察本发明的试油完井液与钻井液的匹配性，进行了钻井液污染实验。采用实施例1中的试油完井液与某现场钻井液按不同比例混浆进行评价，检测试油完井液与钻井液混合后的流变性和沉降稳定性，现场钻井液组成为：浓度2％的土浆+0.5％NaOH+0.5％复合离子型聚丙烯酸盐+5％腐殖酸丙烯酸酰胺多元共聚物+5％磺甲基酚醛树脂+3％油酸甲酯+0.3％SP-80+20％重晶石。
(1)实验样品
将实施例1的水基试油完井液与钻井液分别按体积比9:1、7:3、5:5混合。
(2)实验步骤
首先将实施例1的试油完井液搅拌均匀，然后在常温条件下分别加入不同体积比钻井液在5000rpm转速下搅拌20min，检测混浆的流变性，然后将混浆装入老化罐，在200℃下进行静置老化7天后，室温条件下测定混浆的流变性和沉降稳定性。
测试结果见表5。
表5
由表5可以看出，随着钻井液混浆量的增加，出罐后稠度逐渐增加，混浆的上部有1-5mm的液体析出，但老化罐中下部的浆体无沉淀或固结，用玻棒搅出的浆体无明显的块状物；从沉实度结果可以看出，随混浆比例的增加，体系的沉实度有所增加，表明试油液体系在200℃时与井浆体积比不大于1:1混合时，仍具有较好的流变性能和沉降稳定性能。
为了考察本发明的试油完井液与水泥的匹配性，进行了水泥污染实验。采用实施例1中的试油完井液与水泥按不同比例混浆进行评价实验，检测试油完井液与水泥混合后的流变性和沉降稳定性。
(1)实验样品
将普通水泥凝固后研碎过100目筛子，将实施例1的水基试油完井液与水泥混合得到混合液，其中，水泥的加入量分别为混合液总体积的1％、2％、3％。
(2)实验步骤
首先将试油完井液搅拌均匀，然后在常温条件下分别加入1％、2％、3％的水泥在5000rpm转速下搅拌20min，检测混浆液的密度及流变性，然后将混浆液装入老化罐，在200℃条件下进行静置老化24h后，在室温条件下测定试油完井液与水泥混合后的流变性和沉降稳定性。
测试结果见表6。
表6
从表6可以看出，本发明的试油完井液在水泥的污染下，在200℃条件下静止老化24h依然具有良好的流变性和沉降稳定性。
为了考察本发明的试油完井液在现场柴油、土酸污染的情况下，采用实施例1中的试油完井液与柴油、土酸按体积比10:1混浆进行评价实验，检测试油完井液与柴油、土酸混合后的流变性和沉降稳定性。
(1)实验样品
将实施例1的水基试油完井液与土酸按体积比10:1进行混合，土酸组成为6％盐酸+3％氢氟酸；
将实施例1的水基试油完井液与柴油按体积比10:1进行混合，柴油为普通柴油。
(2)实验步骤
首先将实施例1的试油完井液搅拌均匀，然后在常温条件下分别加入土酸和柴油在5000rpm转速下搅拌20min，检测混合溶液的密度及流变性，然后将混合溶液装入老化罐，在200℃下进行静置老化24h后，室温条件下测定混合溶液的流变性和沉降稳定性。
测试结果见表7。
表7
从表7可以看出，试油完井液在土酸和柴油的污染下，在200℃条件下静止老化24h依然具有良好的流变性和沉降稳定性。
综上所述，本发明提供的试油完井液在200℃下静置15天后仍具有良好的流变性和沉降稳定性；并且，本发明提供的试油完井液被钻井液、水泥、柴油或土酸污染后仍具有良好的流变性和沉降稳定性，与钻井液、水泥、柴油或酸液的配伍性良好。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的试油完井液及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种试油完井液，其特征在于，以重量份数计，所述试油完井液包括如下组分：水30～60份，加重材料90～100份，表面改性剂5～10份，稳定剂5～8份，表面电荷和空间位阻调节剂8～10份，分散剂8～10份。
2.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，所述试油完井液的密度为1.7-2.4g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的试油完井液，其特征在于，所述加重材料包括铁矿粉、重晶石或锰矿粉中的任意一种或至少两种的组合物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的试油完井液，其特征在于，所述表面改性剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的试油完井液，其特征在于，所述稳定剂包括多元醇；
优选地，所述稳定剂包括乙二醇、丙三醇或甘露醇中的任意一种或至少两种的组合，优选乙二醇和丙三醇的组合。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的试油完井液，其特征在于，所述表面电荷和空间位阻调节剂包括硫酸铝、硫酸镁或硫酸锌中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的试油完井液，其特征在于，所述分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵盐或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的试油完井液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的水、加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂混合，得到混合液，对混合液进行研磨，得到所述试油完井液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述将配方量的水、加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂混合，具体包括以下步骤：在搅拌状态下，向水中依次加入加重材料、表面改性剂、稳定剂、表面电荷和空间位阻调节剂以及分散剂进行混合；
优选地，所述搅拌的速度为70-100转/分钟；
优选地，所述研磨在常温下进行；
优选地，所述研磨为研磨至加重材料的D50为1.0-1.5微米。
10.一种如权利要求1-7中任一项所述的试油完井液在钻井、完井及试油工作液中的应用；
优选地，所述试油完井液应用在井下温度为200℃以上的试油完井作业中。
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